Претензии Каддафи на лидерство в арабском мире в реалиях 70-х годов неразрывно связывались с позицией по отношению к Израилю. Одним из мероприятий антиизраильской политики стала попытка создания в Ливии «эмигрантских» ВВС Палестины. Именно для них в 1974 г. и были заказаны МиГ-21. В 1975 г. поступили 25 учебно-боевых МиГ-21УМ, а следом за ними - 50 боевых МиГ-21МФ (по другим данным, Ливия получила всего 40 МиГ-21МФ и УМ). Некоторое количество палестинских пилотов действительно прошло подготовку в Ливии на МиГ-21, но до создания полноценных ВВС Палестины дело не дошло, и МиГи остались в Ливии. В июле 1977 г. несколько МиГ-21 были уничтожены в ходе скоротечного ливийско-египетского конфликта, когда авиабаза Тобрук подверглась налету египетских истребителей-бомбардировщиков «Мираж» 5.
В 1978-1979 гг. Ливия получила 50 самолетов МиГ- 21 бис, а в последующем количество таких машин достигло 94. Последние же МиГ-21 МФ (около трех десятков) в 1982 г. были переданы Сирии для компенсации потерь, понесенных в ходе войны в Ливане.
Поскольку в 80-е годы ливийские ВВС отличались огромной диспропорцией между самолетным парком и подготовленным лётным составом, то около половины приобретаемых самолетов обычно сразу ставили на консервацию. Так поступили и с МиГ-21 бис. Первоначально ими вооружили лишь одну эскадрилью - 1021-ю, дислоцировавшуюся на авиабазе Гамаль Абдель Насер (16 км южнее г. Тобрук). Затем такие самолеты поступили в 1060-ю эскадрилью - одну из двух частей ВВС Ливии, укомплектованных сирийскими пилотами и летавших на истребителях-бомбардировщиках МиГ-23БН. В 1982 г. сирийцы вернулись на родину, вероятно - на подаренных Ливией самолетах. Ну, а 1060-ю эскадрилью вооружили МиГ-21бис. Дислоцировалась она на авиабазе Бенина (Бенгази).
Введение в 1992 г. эмбарго на поставки оружия в Ливию пагубно сказалось на техническом состоянии самолётного парка её ВВС - для поддержания боевой готовности пришлось «каннибализировать» часть самолетов. Не удалось реализовать и программы модернизации - в частности, предполагавшуюся доработку МиГ-21бис до стандарта МиГ- 21-93. В 2006 г. в строю в 1021-й и 1060-й эскадрильях, базировавшихся в Тобруке, оставалось 33 МиГ-21, а к началу 2011 г. это количество сократилось до 25.
В ходе гражданской войны в 2011 г. ВВС Ливии понесли значительные потери. В частности, 16 марта один МиГ- 21 бис (борт «804») был угнан с контролируемого правительственными войсками аэродрома Гурдабийя (в районе Сирта) на аэродром Бенина. На следующий день повстанцы попытались использовать этот самолет для бомбардировки позиций противника, но вскоре после взлета МиГ был сбит ракетой ПЗРК и упал в районе Сиди Бу Гади (северо-восточнее Бенгази). Пилот - майор Абдель Бушах - успел катапультироваться.
К моменту свержения Каддафи и окончания гражданской войны в октябре 2011 г. в строю оставалось всего 11 истребителей (три МиГ-21 бис, три МиГ-21УМ, два МиГ- 23МЛД, один МиГ-23УБ и два «Мираж» F.1ED), а также пять учебно-боевых самолетов L-39ZO. Они и составили основу ВВС Свободной Ливии, базировавшихся в Триполи, Бенгази и Тобруке. В 2012-2013 гг. удалось вернуть в строй ещё некоторое количество самолетов, в том числе пять МиГ-21бис и четыре МиГ-21УМ. Вскоре им нашлось применение...